CN105382676A - 一种砷化镓晶片的抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于砷化镓领域，尤其涉及一种砷化镓晶片的抛光方法。本发明提供的方法包括：依次使用氧化剂和还原剂作为抛光液对待抛光砷化镓晶片进行化学机械抛光，得到抛光后砷化镓晶片。本发明提供的抛光方法将氧化性抛光液与还原性抛光液配合使用，减少了砷化镓晶片表面抛光液的残留，提高砷化镓晶片的成品率。实验结果表明，相比于单纯使用氧化性抛光液，采用本发明提供的抛光方法对砷化镓晶片进行抛光可以有效降低晶片表面的抛光液残留。

Description

一种砷化镓晶片的抛光方法
技术领域
本发明属于砷化镓领域，尤其涉及一种砷化镓晶片的抛光方法。
背景技术
砷化镓晶片(GaAs)具有高的电子迁移率和禁带宽度，是微波、毫米波器件的理想材料，在国防及卫星通讯领域有极其重要的作用，是仅次于硅晶片的重要的半导体材料。
砷化镓晶片是由纯砷和镓合成并生长得到的砷化镓单晶材料经过切、磨、抛光和清洗等工序后制成，其中，抛光工序是实现砷化镓晶片最终达到超高精度的表面要求的关键工序。目前，国内外普遍采用的砷化镓晶片的抛光工艺是化学机械抛光(CMP)工艺。CMP工艺是化学腐蚀作用和机械磨削作用协同效应的组合工艺，借助于机械磨削作用以及抛光液的化学腐蚀作用，在被抛光的介质表面上形成光洁平坦表面。
实现CMP工艺所使用的设备称为化学机械抛光机，化学机械抛光机主要由旋转的晶片夹持器、承载抛光垫的工作台和抛光液供给装置三大部分组成。化学机械抛光时，旋转的设置有待抛光晶片的晶片夹持器以一定的压力压在旋转的抛光垫上，氧化性抛光液通过抛光液供给装置输送至工作台并在晶片与抛光垫之间流动，同时与晶片表面产生化学反应形成一层容易去除的氧化腐蚀膜，晶片表面形成的氧化腐蚀膜和抛光垫之间通过旋转的机械切削作用去除，在化学成膜和机械去膜的交替过程中完成了晶片的化学机械抛光。
CMP工艺结合了化学抛光和机械抛光的优点，使用该工艺对砷化镓晶片进行抛光可以大大降低砷化镓晶片的粗糙度，但现有CMP工艺抛光得到的砷化镓晶片在强灯下检查后会有大量抛光液残留，且清洗后仍无法去除。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种砷化镓晶片的抛光方法，采用本发明提供的方法对砷化镓晶片进行抛光能够有效减少晶片表面的抛光液残留。
本发明提供了一种砷化镓晶片的抛光方法，包括以下步骤：
依次使用氧化剂和还原剂作为抛光液对待抛光砷化镓晶片进行化学机械抛光，得到抛光后砷化镓晶片。
优选的，所述还原剂为硫代硫酸钠水溶液。
优选的，所述硫代硫酸钠水溶液中硫代硫酸钠的含量为2～10wt％。
优选的，所述使用还原剂对待抛光砷化镓晶片进行化学机械抛光的时间为10s～3min。
优选的，所述使用氧化剂对待抛光砷化镓晶片进行化学机械抛光的时间为10～30min。
优选的，所述抛光液在单位面积待抛光砷化镓晶片上的用量为10000～60000mL/(min.m2)。
优选的，所述还原剂在单位面积待抛光砷化镓晶片上的用量为30000～60000mL/(min.m2)。
优选的，所述氧化剂在单位面积待抛光砷化镓晶片上的用量为10000～30000mL/(min.m2)。
优选的，所述氧化剂为二氯异氰尿酸钠水溶液、次氯酸钠水溶液、双氧水溶液、硝酸水溶液和硫酸水溶液中的一种或多种。
优选的，所述次氯酸钠水溶液中次氯酸钠的含量为0.55～0.66wt％。
与现有技术相比，本发明提供了一种砷化镓晶片的抛光方法。本发明提供的方法包括：依次使用氧化剂和还原剂作为抛光液对待抛光砷化镓晶片进行化学机械抛光，得到抛光后砷化镓晶片。本发明提供的抛光方法将氧化性抛光液与还原性抛光液配合使用，减少了砷化镓晶片表面抛光液的残留，提高砷化镓晶片的成品率。实验结果表明，相比于单纯使用氧化性抛光液，采用本发明提供的抛光方法对砷化镓晶片进行抛光可以有效降低晶片表面的抛光液残留。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的化学机械抛光机的结构简图；
图2是本发明实施例提供的晶片夹持器底面砷化镓晶片分布示意图；
图3是本发明实施例1制得的砷化镓晶片在强光灯下的显微镜50倍观察图；
图4是本发明对比例制得的砷化镓晶片在强光下的显微镜50倍观察图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种砷化镓晶片的抛光方法，包括以下步骤：
依次使用氧化剂和还原剂作为抛光液对待抛光砷化镓晶片进行化学机械抛光，得到抛光后砷化镓晶片。
在本发明提供的抛光方法中，首先使用氧化剂作为抛光液对待抛光砷化镓晶片进行抛光。其中，所述待抛光砷化镓晶片是由纯砷和镓合成并生长得到的砷化镓单晶材料经过切磨得到的砷化镓晶片粗品。在本发明提供的一个实施例中，所述待抛光砷化镓晶片的平整度≦5μm，所述待抛光砷化镓晶片的表面粗糙度(Ra)≦0.4nm。在本发明中，所述氧化剂为氧化性物质的水溶液，所述氧化剂包括但不限于二氯异氰尿酸钠水溶液、次氯酸钠水溶液、双氧水溶液、硝酸水溶液和硫酸水溶液中的一种或多种，优选为次氯酸钠水溶液。所述次氯酸钠水溶液中次氯酸钠的含量优选为0.55～0.66wt％。在本发明中，所述使用氧化剂对待抛光砷化镓晶片进行抛光的时间优选为1～30min，更优选为5～20min。
使用氧化剂作为抛光液对待抛光砷化镓晶片抛光完毕后，使用还原剂继续对砷化镓晶片进行抛光。其中，所述还原剂为还原性物质的水溶液，优选为硫代硫酸钠水溶液。所述硫代硫酸钠水溶液中硫代硫酸钠的含量优选为2～10wt％，更优选为4～6wt％。在本发明提供的一个实施例中，所述硫代硫酸钠水溶液由水和五水合硫代硫酸钠混合制备得到，所述水和五水合硫代硫酸钠的质量比优选为(10～30)：1，更优选为(15～20)：1，最优选为(18～20)：1。在本发明中，使用所述还原剂对待抛光砷化镓晶片进行抛光的时间优选为10s～3min，更优选为10s～2min，最优选为10～30s，最最优选为10～20s。
在本发明中，对所述抛光液的用量没有特别限定，本领域技术人员可根据实际需要选择合适的抛光液用量。在本发明提供的一个实施例中，所述抛光液在单位面积待抛光砷化镓晶片上的用量优选为10000～60000mL/(min.m2)，更优选为16000～44000mL/(min.m2)。在本发明提供的一个实施例中，当使用氧化剂作为抛光液是，所述氧化剂在单位面积待抛光砷化镓晶片上的用量优选为10000～30000mL/(min.m2)，更优选为16000～24000mL/(min.m2)。在本发明提供的一个实施例中，当使用还原剂作为抛光液是，所述还原剂在单位面积待抛光砷化镓晶片上的用量优选为30000～60000mL/(min.m2)，更优选为36000～44000mL/(min.m2)。
在本发明中，使用氧化剂和还原剂作为抛光液对待抛光砷化镓晶片进行抛光所使用的设备优选为化学机械抛光机。本发明对所使用的化学机械抛光机的型号和结构没有特别限定，本领域技术人员根据砷化镓晶片抛光工艺的实际工况选择合适的化学机械抛光机即可。
在本发明提供的一个实施例中，所述化学机械抛光机具有图1所示结构，图1是本发明实施例提供的化学机械抛光机的结构简图，图1中，1是砷化镓晶片、2是晶片夹持器、3是抛光液、4是抛光液供给装置、5是抛光垫、6是工作台。本发明该实施例提供的化学机械抛光机包括承载抛光垫5的工作台6，设置在抛光垫上方的晶片夹持器2，和用于向抛光垫提供抛光液的抛光液供给装置4。在本发明中，工作台6用于承载抛光片5。在本发明提供的一个实施例中，抛光片5的材料为聚胺酯，抛光片5的表面粗糙度≦0.4nm，抛光片5的硬度为Asker39.C。在本发明中，晶片夹持器2用于固体待抛光的砷化镓晶片。在本发明提供的一个实施例中，晶片夹持器2的底面为一个圆盘，圆盘上固定着若干个圆形的砷化镓晶片；在本发明提供的另一个实施例中，晶片夹持器底面为一个直径为300～485mm的圆盘，圆盘上固定着多个直径为25～150mm的砷化镓晶片，其砷化镓晶片在圆盘上的排布方式如图2所示。图2是本发明实施例提供的晶片夹持器底面砷化镓晶片分布示意图，图2中，a为晶片夹持器底面、b为砷化镓晶片。
在本发明提供的上述化学机械抛光机运行时，旋转的设置有待抛光晶片1的晶片夹持器2以一定的压力压在旋转的抛光垫4上，氧化性抛光液3通过抛光液供给装置4输送至工作台5并在晶片1与抛光垫5之间流动，同时与晶片1表面产生化学反应形成一层容易去除的氧化腐蚀膜，晶片1表面形成的氧化腐蚀膜和抛光垫5之间通过旋转的机械切削作用去除，在化学成膜和机械去膜的交替过程中完成了晶片的化学机械抛光。
在本发明使用上述实施例提供的化学机械抛光机对待抛光砷化镓晶片进行抛光时，使用还原剂对砷化镓晶片进行抛光的过程中，还原剂的用量与化学机械抛光机的晶片夹持器底面面积的比优选为1500～3000(mL/min)：0.1～1(m2)，更优选为1800～2200(mL/min)：0.3～0.5(m2)；使用氧化剂对砷化镓晶片进行抛光的过程中，氧化剂的用量与化学机械抛光机的晶片夹持器底面面积的比优选为500～1500(mL/min)：0.1～1(m2)，更优选为800～1200(mL/min)：0.3～0.5(m2)。
在本发明使用上述实施例提供的化学机械抛光机对待抛光砷化镓晶片进行抛光时，抛光过程中，所述化学机械抛光机的晶片夹持器转速优选为1～100r/min，更优选为30～80r/min；所述化学机械抛光机的工作台转速优选为1～100r/min，更优选为30～80r/min；所述化学机械抛光机的晶片夹持器与工作台之间的压力优选为100～2500N，更优选为1000～1500N。
待抛光砷化镓晶片依次完成氧化剂和还原剂抛光后，得到抛光后砷化镓晶片。所述抛光后砷化镓晶片进行表面清洗，得到砷化镓晶片制品。
本发明提供的抛光方法将氧化性抛光液与还原性抛光液配合使用，减少了砷化镓晶片表面抛光液的残留，提高砷化镓晶片的成品率。实验结果表明，相比于单纯使用氧化性抛光液，采用本发明提供的抛光方法可以有效降低砷化镓晶片表面的抛光液残留。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
1)化学机械抛光机的结构和尺寸：
在本实施例中，所使用的化学机械抛光机具有图1所示结构，图1是本发明实施例提供的化学机械抛光机的结构简图。该化学机械抛光机包括承载抛光垫5的工作台6，设置在抛光垫上方的晶片夹持器2，和用于向抛光垫提供抛光液的抛光液供给装置4。抛光片5的材料为聚氨酯，抛光片5的表面粗糙度为≦0.4nm，抛光片5的硬度为Asker39.C。晶片夹持器2的底面为直径为485mm的圆盘。
2)待抛光砷化镓晶片物理参数：
在本实施例中，所使用的待抛光砷化镓晶片的平整度≦5μm，表面粗糙度(Ra)≦2nm，厚度为100～700μm，直径为51～150mm。
3)砷化镓晶片抛光处理：
按照图2所示的方式将4～20个上述待抛光砷化镓晶片固定在上述化学机械抛光机的晶片夹持器底面。图2是本发明实施例提供的晶片夹持器底面砷化镓晶片分布示意图。
待抛光砷化镓晶片固定好后，启动化学机械抛光机。其中，化学机械抛光机的晶片夹持器转速设置0-30r/min；化学机械抛光机的工作台转速设置为0～30r/min；化学机械抛光机的晶片夹持器与工作台之间的压力设置为1300N；抛光液供给装置的供液方式设置为：首先按照1000mL/min的流速输送次氯酸钠水溶液(次氯酸钠含量为0.55～0.66wt％)20min，然后按照2000mL/min的流速输送硫代硫酸钠水溶液(由水和五水合硫代硫酸钠按照质量比18:1混合得到)2min。硫代硫酸钠水溶液输送结束后，停止抛光，取下抛光后的砷化镓晶片进行表面清洗，得到砷化镓晶片制品。
对得到的砷化镓晶片制品的物理参数进行检测，结果为：砷化镓晶片的平整度≦10μm，表面粗糙度(Ra)≦0.3nm，厚度为325～370μm。
实施例2
采用实施例1中使用的化学机械抛光机和待抛光砷化镓晶片，按照图2所示的方式将25个上述待抛光砷化镓晶片固定在上述化学机械抛光机的晶片夹持器底面。
待抛光砷化镓晶片固定好后，启动化学机械抛光机。其中，化学机械抛光机的晶片夹持器转速设置为30r/min；化学机械抛光机的工作台转速设置为30/min；化学机械抛光机的晶片夹持器与工作台之间的压力设置为2000N；抛光液供给装置的供液方式设置为：首先按照800mL/min的流速输送次氯酸钠水溶液(次氯酸钠含量为0.55～0.66wt％)30min，然后按照2200mL/min的流速输送硫代硫酸钠水溶液(由水和五水合硫代硫酸钠按照质量比18:1混合得到)10s。硫代硫酸钠水溶液输送结束后，停止抛光，取下抛光后的砷化镓晶片进行表面清洗，得到砷化镓晶片制品。
对得到的砷化镓晶片制品的物理参数进行检测，结果为：砷化镓晶片的平整度≦10μm，表面粗糙度(Ra)≦0.3nm，厚度为330～370μm。
实施例3
采用实施例1中使用的化学机械抛光机和待抛光砷化镓晶片，按照图2所示的方式将25个上述待抛光砷化镓晶片固定在上述化学机械抛光机的晶片夹持器底面。
待抛光砷化镓晶片固定好后，启动化学机械抛光机。其中，化学机械抛光机的晶片夹持器转速设置为80r/min；化学机械抛光机的工作台转速设置为30r/min；化学机械抛光机的晶片夹持器与工作台之间的压力设置为1000N；抛光液供给装置的供液方式设置为：首先按照1200mL/min的流速输送次氯酸钠水溶液(次氯酸钠含量为0.55～0.66wt％)10min，然后按照1800mL/min的流速输送硫代硫酸钠水溶液(由水和五水合硫代硫酸钠按照质量比18:1混合得到)20s。硫代硫酸钠水溶液输送结束后，停止抛光，取下抛光后的砷化镓晶片进行表面清洗，得到砷化镓晶片制品。
对得到的砷化镓晶片制品的物理参数进行检测，结果为：砷化镓晶片的平整度≦10μm，表面粗糙度(Ra)≦0.3nm，厚度为330～370μm。
对比例
采用实施例1中使用的化学机械抛光机和待抛光砷化镓晶片，按照图2所示的方式将25个上述待抛光砷化镓晶片固定在上述化学机械抛光机的晶片夹持器底面。
待抛光砷化镓晶片固定好后，启动化学机械抛光机。其中，化学机械抛光机的晶片夹持器转速设置为50r/min；化学机械抛光机的工作台转速设置为50r/min；化学机械抛光机的晶片夹持器与工作台之间的压力设置为1300N；抛光液供给装置的供液方式设置为：按照1000mL/min的流速输送次氯酸钠水溶液(次氯酸钠含量为0.55～0.66wt％)22min。次氯酸钠水溶液输送结束后，停止抛光，取下抛光后的砷化镓晶片进行表面清洗，得到砷化镓晶片制品。
对得到的砷化镓晶片制品的物理参数进行检测，结果为：砷化镓晶片的平整度≦10μm，表面粗糙度(Ra)≦0.5nm，厚度为330～365μm。
实施例4
抛光液残留量检测
在强灯下检查实施例1和对比例制得的砷化镓晶片制品，结果如图3和图4所示，其中，图3是本发明实施例1制得的砷化镓晶片在强光灯下的显微镜50倍观察图，图4是本发明对比例制得的砷化镓晶片在强光下的显微镜50倍观察图，图4中的白斑为抛光液残留。通过对比图3和图4可知，实施例1制得砷化镓晶片在强灯光下晶片表面的抛光液残留明显少于对比例，说明相比于单纯使用氧化性抛光液，采用本发明提供的抛光方法对砷化镓晶片进行抛光可以有效降低晶片表面的抛光液残留。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种砷化镓晶片的抛光方法，包括以下步骤：
依次使用氧化剂和还原剂作为抛光液对待抛光砷化镓晶片进行化学机械抛光，得到抛光后砷化镓晶片。
2.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述还原剂为硫代硫酸钠水溶液。
3.根据权利要求2所述的抛光方法，其特征在于，所述硫代硫酸钠水溶液中硫代硫酸钠的含量为2～10wt％。
4.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述使用还原剂对待抛光砷化镓晶片进行化学机械抛光的时间为10s～3min。
5.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述使用氧化剂对待抛光砷化镓晶片进行化学机械抛光的时间为10～30min。
6.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述抛光液在单位面积待抛光砷化镓晶片上的用量为10000～60000mL/(min.m2)。
7.根据权利要求6所述的抛光方法，其特征在于，所述还原剂在单位面积待抛光砷化镓晶片上的用量为30000～60000mL/(min.m2)。
8.根据权利要求6所述的抛光方法，其特征在于，所述氧化剂在单位面积待抛光砷化镓晶片上的用量为10000～30000mL/(min.m2)。
9.根据权利要求1～8任一项所述的抛光方法，其特征在于，所述氧化剂为二氯异氰尿酸钠水溶液、次氯酸钠水溶液、双氧水溶液、硝酸水溶液和硫酸水溶液中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的抛光方法，其特征在于，所述次氯酸钠水溶液中次氯酸钠的含量为0.55～0.66wt％。
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